CN1284141C - 薄膜磁头滑板以及用于驱动其磁头元件的静电致动器 - Google Patents

薄膜磁头滑板以及用于驱动其磁头元件的静电致动器 Download PDF

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Abstract

一种制造薄膜磁头滑板的方法，该磁头滑板具有相对于记录媒体的媒体相对表面，该方法包括：在牺牲层上、基片上成形，其方式为为了形成至少有一个轨的媒体相对表面，牺牲层具有含阶梯的表面；在牺牲层表面上设滑板材料；以及从滑板上除去牺牲层和基片。跟踪机构或装卸机构设在滑板上。用于驱动上述机构的静电致动器包括有多个相互平行齿的固定部件，在多个齿的可移动部件，该可移动部件的齿平行于固定部件的齿，还包括用于支承可移动部件的支承弹簧，可移动部件能够在齿宽度方向相对于固定部件移动。驱动力产生器移动可移动部件到一位置，在该位置处当在固定部件的齿和可移动部件的齿之间加电压时，在齿宽度方向上产生的静电吸引力与磁头悬臂的弹性力相平衡。

Description

薄膜磁头滑板以及 用于驱动其磁头元件的静电致动器
本申请是申请日为1996年3月1日，申请号为96105520.0号发明申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于磁盘单元的薄膜磁头滑板，一种相应的制造方法，以及一种用于驱动其磁头元件的静电致动器。
背景技术
近几年，磁盘单元制成袖珍型，其性能大大提高，而成本却下降。与近来的趋势一致，希望开发一种高性能且低成本的薄膜磁头。为了满足这种需求，提出一种横卧式磁头(平面磁头)，其中的薄膜形表面与气承表面平行。原因如下：在横卧磁头的情况下，易于形成具有特殊形状的浮轨。所以，可实现能靠近盘表面稳定悬浮的磁头，而且易于减少制造过程中的机械加工成分，从而降低成本。
下列公开文献为现有横卧式磁头滑板的例子：
IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS，V01 25，P.3190，1989，“一种新的薄膜磁头制造(A New Thin Film Head Generation)”，作者：J.P.Lazzari和P.Deroux-Dauphin。在这个现有例子中，通过蚀刻在硅基片表面上形成凹口，而在凹口中形成磁头元件。这种情况下，硅基片表面用作相对记录媒体的气承表面。因而，磁头端子插在滑板的后部上。相应地，为了从端子延伸，穿过硅基片形成通孔。在这个例子中，由机械加工制造滑板主体。
IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS，V01 25，P.3686，1989，“一种制造薄膜磁头滑板装置的新方法(A New Approach toMaking Thin Film Head-Slider Devices)”，作者：Daniel W.Chapman。这个现有例子中，薄膜磁头文件形成在气承表面侧的基片上，且将绝缘膜制成平面形，然后连接穿有通孔的玻璃基片。以这种方法制造滑板主体。然后，蚀刻基片以便将其除去，并通过机械加工切割滑板主体。
在上述现有例子中，必须提供机械加工滑板主体，逐个组装磁头悬臂和滑板，透过基片形成通孔，将导体插入通孔，以及连接玻璃基片等制造过程。相应地，制造过程复杂。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种高性能且低成本的薄膜磁头滑板，以及不需形成通孔或连接玻璃基片，易于制造该薄膜磁头滑板的方法。
本发明的第二个目的是提供一种不需形成通孔和连接玻璃基片易于制造的薄膜磁头滑板，其中通过增加用于薄膜磁头元件的跟踪机构(跟踪机构在几乎垂直于记录媒体移动方向的跟踪方向上精确移动磁头元件)，或通过增加能在装卸记录媒体的方向上精确移动磁头的小距离移动机构，使磁头能达到或离开记录媒体，磁头元件能高度精确定位，从而实现高密度记录，并加强稳定性。
本发明的第三个目的是提供一种静电致动器，它适合被用于上述薄膜磁头元件中的跟踪机构或装卸机构的驱动机构。
本发明的一方面是提供一种与记录媒体相对的薄膜磁头滑板，其组成为：置于基片表面上或基片上的牺牲层表面上的滑板主体，基片与滑板主体分开或牺牲层和基片与滑板主体分开；所述滑板主体包括固定部件和通过至少一个支承弹簧由所述固定部件支承的可移动部件，所述固定部件和所述可移动部件配合形成一跟踪机构，所述可移动部件能在几乎垂直于所述记录媒体移动方向的跟踪方向上移动；以及与记录媒体相对的薄膜磁头元件的至少一个相对磁极，位于跟踪机构的可动部件中。
本发明的另一方面是提供一种与记录媒体相对的薄膜磁头滑板，它包括：设在基片表面上或基片上的牺牲层表面上的滑板主体，基片与滑板主体分离或者牺牲层和基片与滑板主体分离；所述滑板主体包括固定部件和通过至少一个支承弹簧由所述固定部件支承的可移动部件，所述可移动部件能在跟踪方向和装卸方向移动，跟踪方向基本上垂直于所述记录媒体的移动方向，在装卸方向滑板主体的可移动部件靠近和远离记录媒体以及与记录媒体相对的薄膜磁头元件的至少一个相对磁极，所述相对磁极设在所述滑板主体的所述可移动部件上。
附图说明
图1(a)至1(c)所示为本发明薄膜磁头滑板的第一实施例，其中图1(a)是在将滑板装上磁头悬臂前，从滑板背面看去的滑板透视图；图1(b)将滑板装上磁头悬臂后，从气承面侧看去的滑板透视图；图1(c)是沿线A-A′剖开的横截面图；
图2是第一实施例薄膜磁头滑板变形的透视图；
图3是磁头悬臂与滑板连接方法的示意图；
图4是磁头悬臂与滑板连接方法的示意图；
图5(a)至5(e)是本发明薄膜磁头滑板制造过程示意图；
图6(a)和6(b)是制造过程中，本发明薄膜磁头滑板的示意图；
图7(a)至7(c)所示为同时连接多个磁头悬臂与多个滑板的方法；
图8(a)至8(d)所示为形成气承轨锥形部分方法的一个例子；
图9(a)和9(b)是形成气承轨锥形部分方法的另一个例子；
图10(a)，10(b)和10(c)所示为本发明薄膜磁头滑板的第二实施例，其中图10(a)是从气承表面侧看进去的薄膜磁头滑板透视图；图10(b)是从背面看进去的薄膜磁头滑板透视图；图10(c)的沿线B-B′剖开的横截面图，显示用于驱动磁头元件的跟踪驱动机构；
图11(a)和11(b)是图10(c)所示跟踪驱动机构变形的透视图；
图12(a)和12(b)所示为本发明薄膜磁头滑板的第三实施例，其中图12(a)是从气承表面侧看进去的薄膜磁头滑板透视图；图12(b)是从背面看进去的薄膜磁头滑板透视图；
图13(a)和13(b)分别是对应图10(c)的装卸驱动机构横截面与纵向截面图；
图14(a)是现有技术静电致动器原理示意图；图14(b)是本发明静电致动器原理示意图；
图15是本发明静电致动器的力与g2/g1之间的关系图；
图16是本发明静电致动器一个实施例的平面图；
图17(a)至17(e)和图18(a)至18(e)是说明本发明静电致动器制造过程的示意图，其中的示意图按制造过程顺序排列；
图19是本发明静电致动器另一个实施例的平面图；
图20(a)至20(c)是图19所示静电致动器实施例上所加电压波形图；
图21是其中装有静电致动器的磁头滑板透视图；
图22是其中装有静电致动器的磁头滑板横截面图；
图23是其中装有静电致动器的磁头滑板透视图，该静电致动器能在跟踪和装卸方向上精确移动；
图24是图23所示磁头滑板致动器驱动部分局部截面图；
图25和26是沿图23中箭头A方向剖开的磁头滑板图；
图27(a)至27(d)是磁头滑板的实施例，在其驱动部分使用了压电材料，其中图27(a)是从气承表面侧看去的磁头滑板透视图；图27(b)是从背面看去的磁头滑板透视图；图27(c)是沿线A-A′剖开的放大横截面图；图27(d)是驱动部分放大横截面图；
图28所示为对应图27(d)驱动部分的另一实施例，其中使用压电材料；
图29所示为对应图27(d)驱动部分的再一实施例，其中使用压电材料；
图30(a)和30(b)是用于说明在驱动使用压电材料的驱动部分的情况下移动磁头滑板的图，其中图30(a)是俯视图；图30(b)是桁条的横截面图；
图31(a)和31(b)是用于说明在装卸方向上使用压电材料驱动驱动部分时移动磁头滑板的图，其中图31(a)是在桁条侧方向的横截面图；图31(b)是桁条的横截面图。
具体实施方式
图1(a)至1(c)示出了本发明薄膜磁滑动器的第一实施例。图1(a)是滑板20与磁头悬臂30装配前的透视图，该图是后视图，即从气承表面侧的反面看进去。图1(b)是滑板20装在磁头悬臂30上的透视图，该图是从气承表面侧看进去。图1(c)是沿图1(a)中的线A-A′剖开的截面图。
滑动器20包括一个由SiO2或Al2O3制成的气承表面21和一个由导体，如镍(Ni)制成的滑板主体22，其中滑板主体22设在气承表面21的背面。滑板主体22由位于中心的多个端垫23和外部周边部分24组成。多个端垫23排列方向平行于气承表面。在端垫23之间以及每个端垫23与外部周边24之间形成预定间隙25。有2套端子，即有4个端子。同样，有2套端垫23，即有4个端垫23。在这种情况下，一套端子(MR元件)用作读磁头元件，而另一套端子(感应磁头元件)用作写磁头元件。当一个元件既用作读磁头元件，又用作写磁头元件时，可以使用一套端子，即2个端子。在间隙25中，设有树脂26，如聚酰亚胺，使树脂覆盖气承表面21的背面。在这种情况下，滑板主体22的外部周边24可作为一个端垫。
如图1(a)所示，滑板20的背面附着在磁头悬臂30上。如图1(b)所示，在滑板20的气承表面21上，几乎与盘旋转方向B平行地设有两个侧轨27，一个位于导引侧中心的中心轨28，以及一个薄膜磁头29。在侧轨27和中心轨28的导引末端，分别有锥形部分27a和28a。
从媒体相对面的一侧或气承表面看去，滑板20大体为矩形，而且该矩形的每个角都削角尖或呈圆形。滑板20沿记录媒体移动方向的长度约为0.8mm或0.8mm以下。
图2所示为薄膜磁头滑板的变化形式。在图1(a)至1(c)所示的实施例中，滑板主体22的外部周边24的导体围绕端垫23。另一方面，在变化形式中，滑板20的主体22的框架由导体构成，且端垫23位于该框架外。如上所述，可将端垫23设在滑板20的任何位置。与浮轨27，28(如图1(b)所示)一致，可任意改变滑板主体22的形状，从而保持刚性。
图3是滑板20与磁头悬臂30之间的连接图。在该实施例中，滑板20的主体的端垫23和外部周边24的背面上设有连接金属31。通过热压连接，超声连接(C)或导电胶连接，将主体的端垫23和外部周边24与磁头悬臂30连接在一起，并在其上形成端导电部分32。在这种情况下，端垫23与磁头悬臂30电气且机械连接，而滑板主体的外部周边24与磁头悬臂30机械连接。当滑板主体的外部周边24也用作一个端垫时，所有的连接部分均为电气以及机械连接。
图4是用于连接滑板20与磁头悬臂30的另一连接法实施例。在该实施例中，滑板20与磁头悬臂30粘接或压接，而端垫23经线34通过连接或焊接与磁头悬臂30后表面上的导电部分33相连。或者，磁头悬臂30旁的导线(图中未示出)可直接与端垫23相连。
图5(a)至5(e)是滑板20制造流程图。这些图是对应于沿图1(a)中的线A-A′剖开后的截面图。
首先，在Si基片46的表面，由牺牲层，如Al，Ti和Ta材料形成气承轨(两个侧轨和一个中心轨)的形状(如图5(a)所示)。图6(a)是对应于图5(a)的透视图。如图所示，除了后来形成气承轨的部分以外，Si基片46的其它部分都覆盖由Al制成的牺牲层。就此方面，后面将说明形成浮轨锥形部分的方法。然后，在所有上表面形成牺牲层(Al)(如图5(b)所示)。下一步，形成记录和再现磁头元件，并在气承表面形成SiO2，似金刚碳(碳)或Al2O3的膜(如图5(c)所示)。这种情况下，在形成记录和再现磁头元件后，且在浮表面形成膜以前，磁头元件41通过导引线43与端垫形成部分42相连，如图6(b)所示。下一步，形成用于电镀的导电膜(未示出)，并用感光树脂形成用于电镀的掩膜片(未示出)。然后，通过电镀如Ni、NiFe、Au或Cu之类的金属形成端垫23和滑板主体22。完成电镀后，除去没有感光树脂部分的导电膜和没有电镀膜部分的导电膜(如图5(d)所示)。在端垫23和滑板主体22的后表面上形成连接金属膜45，如Au，然后在端垫23和滑板主体22之间设置树脂26，如聚酰亚胺(如图5(e)所示)。在该连结中，端垫23和滑板主体22之间可用无机材料，如类金刚碳或SiO2。然后，通过连接滑板20和磁头悬臂30，且蚀刻牺牲层或牺牲层与基片两者，使滑板20与Si制的基片46分离。当然，就此方面，也可以在滑板20与基片46分离后再将其与磁头悬臂30相连。
图7(a)至7(c)是本发明滑板20和磁头悬臂30的组装方法示意图。在基片46上形成滑板20后，将基片46切割成包含多个滑板20的模块47。然后以梳齿式连有多个磁头悬臂30的连接框48同时焊至滑板模块47上(如图7(a)所示)。接着，通过蚀刻将基片46与滑板模块47分离(如图7(b)所示)。再从连接框48上切下每一磁头悬臂30(如图7(c)所示)。以这种方式，完成本发明滑板20的生产。
图8(a)至8(c)是气承轨锥形部分形成方法示意图。根据本方法，在Si基片46上形成牺牲层51(Al)。感光树脂52覆盖在牺牲层52上并曝光。这种情况下，控制曝光，使锥形部分的曝光量小于其它部分并逐步递减(如图8(a)所示)。通常用该方法形成三维形状的感光树脂模。例如，在日本未审查公开专利No.JP61-107514或下列文献中均描述了这种方法：
W.Henke，W.Hoppe，H.J.Quenzer，P.Staudt-Fischback和B.Wagner″用于制造任意形表面的灰度石版印刷术的模拟和实验研究″IEEE，Micro Eleotro Mechanical Systems，P.205，1994。
感光树脂变化形成锥形部分53(如图8(c)所示)。接着通过离子铣削或溅蚀蚀刻牺牲层(如图8(c)所示)，完成具有锥形部分54的牺牲层51的形式(如图8(d)所示)。然后，在所有表面形成牺牲层，再在牺牲层51上形成SiO2制成的气承轨(图中未示出)。
图9(a)和9(b)是形成气承轨锥形部分方法的另一实施例示意图。根据该实施例，与图8(a)至8(d)所示方法不同，不必形成Al制的牺牲层51，而感光树脂52覆盖在基片46上。然后调节曝光量对感光树脂52曝光(如图9(a)所示)。然后，通过加热或紫外线使感光树脂52凝固，从而形成牺牲层。或者，在所有表面形成牺牲层。在此情况下，凝固的感光树脂可由在蚀刻分离中不溶解的材料制成。或者，不仅是锥形部分，整个气承轨均可由感光树脂制成。
根据上述实施例，端垫部分和滑板主体同时由导体制成。因而，不用在硅板上形成通孔或连接玻璃基片可形成滑板。相应地，可提供高性能且低成本的薄膜磁头滑板。
图10(a)至10(c)是本发明薄膜磁头滑板的第二实施例示意图。图10(a)是装在磁头悬臂130上的薄膜磁头滑板110的透视图，该图是从气承面侧看进去的。图10(b)是薄膜磁头滑板110装上磁头悬臂130前的透视图，该图是从背面看去的(气承面的对面)。图10(c)是沿图10(b)中的线B-B剖开的横截面图。
由SiO2或Al2O3制成的气承面层111部分伸入相对记录媒体的滑板110的气承面内，形成两气承轨115，它们相对以箭头A方向运动的记录媒体从导引侧113伸至从动侧114。在两气承轨115之间的导引侧113旁设有一个中心轨117。在气承面层111背面上形成的滑板110的主体112和端垫118(如图10(b)所示)被电镀上金属Ni。
在两气承轨115之间以及端垫118和从动侧114之间的气承面111上设有一个元件驱动机构120(在该实施例中，一个跟踪机构)。即，该元件驱动机构120上没有滑板110主体上的Ni制成的金属电镀层。举例说，滑板110从导引侧113至从动侧114的长度为0.5至0.8mm，宽度为0.3至0.6mm，而厚度为0.04至0.06mm。
如图10(c)的横截面图所示，第二实施例的元件驱动机构，即第二实施例的跟踪机构利用静电吸引力。可动部件包括两根从固定部分伸出的并列弹簧121(图中只示出其中之一)，以及支撑在并列弹簧121端部的两元件固定部分122。可动部件的并列弹簧121和相对可动部件的固定部件均由金属，如Ni和Cu制成。每个可动和固定部件都在相对处设有金属电极。在固定电极123和可动电极121之间加上电压时，产生吸引力，从而产生跟踪操作。
在这种情况下，可动部件如此安置使用只有磁头元件124或磁头元件磁极的尾端124a伸入记录媒体(未示出)侧，且驱动电极121，123与记录媒体分离。选择这种布置的原因是为了防止加在电极121和123间的电压将灰尘吸附到磁头元件124上，使驱动部分不影响滑板110的气承力。虽然图中未示出，但最好修切气承面上周边侧滑板110的边端，以便在滚动或颠簸引起滑板110位置变动时不碰撞记录媒体。
在这种情况下，端垫118位于滑板110的背面中心，且与磁头悬臂130的端连接部分(未示出)相连。在这种情况下，安置2套118端垫，即安置4个端垫118。一套用于磁头元件，另一套用于跟踪机构。
图11(a)和11(b)是跟踪机构120的变形图。在图11(a)所示的变形中，相对图10(c)所示可动电极121的固定电极123表面弯曲，且可动部件并列弹簧121沿固定电极123的弯曲表面变形。由此，增加位移量。在图11(b)所示的变形中，可动部件121和固定部件123均由梳齿形电极121a和123a构成。在这种情况下，所产生的吸引力与梳齿形电极的轴向平行。由上述吸引力产生跟踪操作。
图12(a)和12(b)所示为本发明薄膜磁头滑板的第三实施例，其中跟踪机构120装入一个气承轨115中。如该实施例所示，当驱动部分120装入气承轨115时，端垫118所在部分的面积增大，而滑板可进一步压缩。在该实施例中，可选用图10(C)、11(a)和11(c)所示的任一种跟踪驱动机构120。但是，如上所述，相对气承轨115的表面，最好将电极121、123放在内侧(主体112侧)，使电极121，123能与记录媒体(未示出)分离。由此能防止在电极间加电压引起的灰尘吸附，并进一步防止电极与记录媒体间产生的放电现象。
图13(a)和13(b)是本发明第四实施例的薄膜磁头，其中设一装卸机构。该装卸机构120A可放在气承轨115之间，如第一实施例一样，或将其放在气承轨115内，如第二实施例一样。
在该实施例中，可动部件的弹簧121设在滑板的气承表面层111上，而在弹簧121与气承表面层111之间有一小间隙，并在弹簧121末端设磁头元件固定部分122。当在固定电极123和气承表面层111上的可动电极121间加上电压时，可动部件121被吸向气承表面层111。由此，磁头元件124接近或接触记录媒体(未示出)。在这种情况下，该机构内，可用下述方式加电压。记录媒体刚开始旋转时就可加上电压，而在记录媒体停止前的瞬间，关掉电压源。或者，与磁头元件124的操作一起开、关电压源。
在这种情况下，在图10至13(a)和13(b)所示的实施例中，当中心轨置于滑板110导引侧113的中心且侧轨置于靠近从动侧的两侧使浮力产生部分形成在约为三角形的各点时，最好将跟踪机构120或装卸带机构120A置于该三角形内。原因如下。在形成滑板主体和气承表面的情况下，即使每层产生的剩余应力使滑板变形，由于有产生气承力的三点。且驱动机构和磁头元件放在三角形内，它们很少受到悬浮量波动的影响，从而稳定悬浮。
图14(a)和14(b)用示意图比较本发明驱动机构所用静电致动器原理与现有技术中驱动机构所用静电致动器的原理。两相对梳齿形电极之一是固定部分131，另一个是可动部分132。当电压加至两梳齿形电极之间时，可动部分132相对固定部分131移动一小段距离。这种静电致动器的制造方法如下。如，在覆盖热氧化膜的硅基片上，设有用作绝缘层的Si3N4膜，用作牺牲层的PSG(phosphosilicatc glass)膜，以及用作梳齿形电极的2μm厚多晶硅膜。多晶硅膜经等离子体蚀刻，使之成为预定形状。最后，通过湿蚀刻，除去牺牲层，从而得到可动部分132。
在图14(a)所示的现有技术静电致动器中，可动部分132上的齿位于固定部分131上两相邻齿间的中间位置，在两相对梳齿形电极间加上电压，以使梳齿形电极的啮合长度增加的方向产生力。另一方面，在图14(b)所示的本发明静电致动器中，可动部分132上的齿偏离固定部分131上两相邻齿间的中间位置，使得所产生的力垂直于齿的长度方向。现有技术与本发明静电致动器间的区别如下。
在现有技术的静电致动器中，可动部分132上的齿位于固定部分131上两相邻齿之间的中间位置，且在图中的水平方向(X方向)产生力。X方向所产生的力的强度Fx为等式Fx＝V2εot/g，其中g是固定部分131的齿与可动部分132的齿之间的间距，t是齿的厚度，V是所加电压，而εo是真空中的介电常数。
另一方面，在本发明的静电致动器中，固定部分131上的齿与可动部分132上的齿之间所形成的间距，有两种类型。一为窄间距g1，另一个为宽间距g2。因而，可利用在间距g1产生的Y方向(垂直于齿长方向)力与间距g2产生的Y方向力之间的差值。这种情况下，力的强度Fy＝(1/2)V2εotL(1/g12-1/g22)。当g1＝g且1/g22＜＜1/g12时，满足Fy/Fx＝L/2g。在L＞2g的情况下，本发明静电致动器产生的力大于现有技术静电致动器。例如，当间隙做成g＝1μm且齿做成L＝200μm时，所产生的力的强度是现有技术静电致动器的100倍。由于g2产生的力作用方向与g1产生的力相反。相应地，g2大于g1较好。但是，当g2过大时，限制了预定空间中所形成的齿数。因此，有一个g2/g1的优化值。在L充分大于g1，g2和W的情况下，力(Fy)与g2/g1间的关系如图15所示。由于齿数是一个整数，因而图形不光滑除非L值足够大。即使在这种情况下，当2＜g2/g1＜3时，力成为最大值。实际可用范围1.5＜g2/g1＜5或1.2＜g2/g1＜10。
图16所示为本发明静电致动器的变形。外框是由电镀Ni形成的固定部分131的主体。固定部分131装在图中未示出的基片上。在固定部分131的内壁上，以一定间距设有平行齿131a，它们指向内部，其中的平行齿131a通过电镀Ni与固定部分131同时形成。这些齿131a可固定在基片上，或，也可在基片和齿131a之间形成间隙(未示出)。位于固定部分131框内的中心部分是可动部分132主体，它通过与固定部分131主体同时电镀Ni而形成。可动部分132主体与基片之间有一间隙，因而可动部分132可相对固定部分131相对移动。在可动部分132中，设有多个齿132a，它们平行于固定部分131上的齿131a，其中的齿132a偏离相邻齿131a间的中心。在图中，可动部分132的上、下部中的基片上固定有支座133。在支座133和可动部分132之间，有支撑弹簧134，它只能上、下移动可动部分132。在固定部分131的右下部，有一连至端子的导引135(端子未示出)。在下支撑处，有一连至端子的导引136(端子未示出)。这些导引通过电镀Ni形成。
在两导引135、136之间加上电压时，在固定部分131的齿131a与可动部分132的齿132a之间产生静电吸引力。该吸引力向上吸引可动部分132，并将其移至吸引力与支撑弹簧134的弹性收缩力相平衡处。由于静电吸引力正比于电势差的平方，因而可动部分132在与极性无关的同一方向移动。但是，为了防止噪音影响装在可动部分132(在本发明中，即薄膜磁头)上的物体，最好将可动部分132电气接地。
这种情况下，为了防止输入电压过高时，固定部分131的齿131a与可动部分132的齿132a之间发生短路，设挡块137，由此减小部分支座133与可动部分132间的间距。挡块137的电位，即支座133的电位与电气接地的可动部分132相同。所以，即使在挡块137与可动部分132接触时，也不会有问题。
参照图17(a)至17(b)和图18(a)至18(e)，下面说明本发明静电致动器的制造方法。这些图是沿图16中线A-A剖开的横截面图。
图17(a)至17(e)的处理过程如下。
(a)使用两侧面上有热氧化膜T-SiO2的Si基片(晶面指数100)。
(b)仅在形成可动部分132，可动部分132的齿132a，固定部分131的齿131a和支撑弹簧134的地方，通过离子铣削除去基片表面上的热氧化膜T-SiO2。
(c)通过蒸发沉积或溅射，在基片表面形成用作牺牲层的AI膜。
(d)除了已去除热氧化膜T-SiO2的部分外，其余部分的AI牺牲层通过离子铣削去除。这种情况下，在Al牺牲层和热氧化膜之间的边缘处可形成一小间隙。
(e)通过蒸发沉积或溅射在所有表面形成Ni层，用该Ni层作电镀基层。上述间隙中也有基层。
图18(a)至18(e)的处理过程顺序说明如下。
(a)感光树脂成型，以便形成负片图案，通过电镀Ni用该负片图案形成固定部分131，可动部分132，支撑弹簧134，挡块137，支座133和导引135、136，它们均在图16中标出。
(b)用电镀Ni填充感光树脂未覆盖的部分。
(c)在溶剂中除去感光树脂。
(d)所有表面经离子铣削，除去未覆盖电镀Ni的基层部分。这一步骤并不局限于离子铣削所有表面，也可在电镀所形成的Ni层上形成同样形状的防护性感光树脂(未示出)图形，从而实现该步骤。
(e)当Al牺牲层在KOH溶液中溶解时，可动部分132与基片分离，且可动部分132能相对固定部分移动。由于热氧化膜T-SiO2已在可动部分132下除去，该处的Si基片被溶解，且KOH溶液易进入，从而缩短蚀刻时间。
图19所示为本发明静电致动器的另一实施例。该实施例与图16所示实施例的区别在于固定部分131的第一齿131a和第二齿131b以同样间距设于可动部分132的齿132a两侧。固定部分131的第一齿131a与第二齿131b通过图中所示的绝缘层138相互电气隔离。因而可分别在固定部分131的第一齿131a和第二齿131b上加不同的电压。在可动部分132电气接地的条件下，在固定部分131的第一齿131a上加电压时，可动部分132向图中上部运动。当电压加到固定部分131的第二齿131b上时，可动部分132向图中下部运动。由该实施例的结构，可动部分132可在图中上下移动。因此，行程可增加为图16所示实施例的两倍。
图20(a)至20(c)为在图19所示实施例固定部件131的第一齿131a和第二齿131b上加电压的实例波形图。关于力F的方向，定义图中向上的方向为正方向。图20(a)为一种情形的波形图，其中产生向上的力时在第一齿131a上加正电压V1，而产生向下的力时在第二齿131b上加负电压V2。图20(b)为另一种情形的波形图，其中在产生向上的力时加在第一齿131a上的是正电压V1而产生向下的力时加在第二齿131b上的是正电压V2。图20(c)为另一种情形的波形图，其中在固定部分131的第一齿131a和第二齿131b上加最大电压1/2的偏移电压，电压V1和V2的相位相反，将其叠加以便驱动本单元。当V1和V2表述为V1＝Vo+ΔV而V2＝V0-ΔV时，存在下列表达式
Fy∝V1 2·V2 2＝4VoΔV
如上述表达式所示，力正比于ΔV，因而易于控制。上述方法的优点在于只用一个电源即可驱动该单元，且可在可动部分电气接地的条件下驱动该单元。
关于应用本发明静电致动器的优选实施例，可将本发明静电致动器装入磁盘单元磁头滑板的跟踪机构或装/卸机构的驱动部分中。磁头滑板如图21所示。经一系列处理制出横卧式薄膜磁头元件124，气承表面层111和滑板主体112，从而制出该滑板110并将其连接至磁头悬臂130。在该磁盘单元中，磁头滑板110所在磁头悬臂的寻找与定位操作由声绕组马达完成。另外，一个小致动器(该实施例中是跟踪机构)装在磁头滑板上且在高频带范围内控制薄膜磁头元件124，从而增加定位精确性且提高记录密度。
根据本发明，为了减少机械加工过程，降低制造成本，如下所述，在牺牲层基片上形成横卧式磁头(平面形磁头)124和气承表面层(SiO2)111，并在经电镀Ni形成滑板主体112以后，除去牺牲层使滑板110与基片分离。而且，根据本发明，还设有静电致动器的驱动机构120，用于在磁头滑板110中沿跟踪方向精确驱动元件部件124。
图22是说明本发明磁头滑板110局部结构的横截面图。在基片140上，设有一Al制的牺牲层141，其形状与气承表面一样。牺牲层141上形成水平磁头元件124。然后，形成将成为气承表面层111的SiO2膜。该表面使气承表面到记录媒体(未示出)。在图22中，142所示层包括：一个磁头元件；一个用于连接静电致动器各部分与各端子的导电图形层(Au)；一绝缘层(SiO2)；以及一个镀Ni的基层(Ni)。通过与滑板主体112和端118一起电镀，在层142上形成静电致动器的可动部分143、固定部分144和支撑弹簧。然后，除了致动器的可动部分143外，电镀还可增加滑板主体的刚性。接着，在顶层形成Au连接层145，将其连至图21所示的磁头悬臂130。当牺牲层141溶于KOH溶液中时，磁头滑板110与基片140分离。
磁盘设备的再现信号电压为mV级。另一方面，驱动静电致动器的电压为几十伏。因此，驱动致动器时可能影响再现信号。但是，根据本发明，如上所述磁头元件124所在可动部分143电气接地。而且，用于从磁头元件124传输信号至端118的信号导体可通过导电图形层安置，该导电图形层通过绝缘层设在可动部分143下，该信号导体也可沿支承弹簧134(图16和19中所示)安置，该弹簧连接致动器的可动部分143和固定部分144。由于支承弹簧134也接地，信号导体被屏蔽，因而噪音很少影响信号。
根据本发明的静电致动器，可获得取力在齿宽方向上移动可动部分。因此，本发明静电致动器力产生效率高于现有技术的静电致动器。当这种致动器装在磁头滑板上时，磁头滑板和静电致动器可成为一个整体。在制造过程中，不必采用机械加工。可提供能定位磁头的精确磁头滑板，在约1μm的行程中精确到亚微米。
图23至26为磁头滑板的实施例，该磁头滑板中装有能在跟踪和装/卸两方向动作的静电致动器。为了方便将这些图在厚度方向上放大。图23是滑板透视图，该图是从气承表面侧看去的。图24是装入磁头滑板的静电致动器局部剖视图。图25和26是沿箭头A方向剖开的剖面图。
这些图中，参考数字110是磁头滑板，111是相对记录媒体的气承表面层(SiO2)；112是滑板主体(Ni)；115是侧轨(压力产生垫)；117是中心轨(压力产生垫)；118是端子；151是固定部分；152是磁头元件所在的可动部分；153是挡块；154是用于支承可动部分152的支承弹簧；155是绝缘层；156是电极；157是侧轨115和中心轨117上的凸起，它凸向记录媒体侧；158的表面保护层(DLC)。
在该实施例中，可动部分152位于三个压力产生垫115，117构成的三角形内。支承弹簧154支承可动部分152，使可动部分152能在横向X(跟踪方向)相对固定部分151移动，以及使可动部分152能在上和下方向Z(装卸方向)上移动。以与图16所示实施例相同的方式，固定部分151和可动部分152分别含有多个平行齿151a和152a。可动部分的齿152a偏离固定部分两相邻齿151a的中心。当在可动与固定部分之间加上电压时(可动部分152接地)，可动部分152相对固定部分151在X向移至静电吸引力与支承弹簧154的弹性力平衡处。
如图24所示，可动部分152上的磁头元件152b露出，以便面对记录媒体(未示出)的表面。另一方面，滑板主体的盖部分151b覆盖致动器，该致动器包括除磁头元件152b以外的可动部分152，固定部分151和支承弹簧154。从而避免致动器露至记录媒体表面。这样，防止致动器悬外接触记录媒体。
当电压加至电极156上时，电极156位于相对可动部分的平面部分的固定部分中，作用在可动部分152上的静电吸引力克服支承弹簧154的弹力使可动部分152沿Z方向移动微小距离。相应地，磁头悬臂154的支承可动部分152使之能在Z方向上移动。
在这种结构中，如图25所示的实施例，凸起157由表面润滑材料构成，如类金刚碳(DLC)，使磁头滑板110与记录媒体之间的润滑性能提高。在图26所示的实施例中，凸起157构成浮表面层111(SiO2)的一部分，而包含这些凸起157的整个气承表面层111被表面润滑层158(DLC)覆盖。
如图23所示，在本实施例中，滑板主体形状制成包括钝角部分的多边棱柱形，目的是除去设在直角平行六面体上的中心压力产生垫两侧的不必要部分，以降低重量。当除去中心压力产生垫两侧的不必要部分时，在磁头滑板滚动或颠簸的情况下，降低了磁头滑板与记录媒体碰撞的可能性。而且，当滑板和压力产生垫的外部周边是削角的时，即使在磁头滑板与记录媒体碰撞的情况下，也几乎不破坏记录媒体。在这种情况下，削角面不限制成R-面(圆面)。当削角面制成C-面(锥形面)时，可得到类似效果。
在制造本发明的磁头滑板时，不需要机械加工。用光刻法工艺制造本发明的磁头滑板。因此，不增加制作所需的时间和成本，就能形成上述复杂图形。
这是一个跟踪致动器，装/卸方向驱动致动器和读/写磁头(感应磁头)装在磁头滑板上的一个实施例。两个静电致动器要求三个端子，同时可移动部分保持在同一电位，也就是说，可移动部分接地，并且磁头要求两个端子。在本实施例中，致动器可移动部分的电位保持和滑板主体的电位相同，因而滑板主体用作一个端子，并且可移动部件和图中所示的四个端子一起连接到磁头悬臂上的导电图形。
在优选实施例中，如图23所示，磁头滑板110大致成多边形，使其导引端设在具有锥形或钝角部分的各边，即，在横卧面磁头滑板110的宽度向导引端逐渐减小。因而，防止了磁头110与记录媒体(未示出)接触。然而，依据凸起157的设置，钝角部分可设在磁头滑板110的任何其它部分。例如，如磁头滑板110在导引端有两侧轨115并且在从动端有一个中心轨117，那么锥形或钝角部分设在从动端的各边。
图27(a)至27(d)表示磁头滑板的一个实施例图，在该磁头滑板中压电材料用于驱动部件。设有机构120，用于在滑板部分上驱动磁头一小段距离。磁头驱动部件120以桁条形式附着，以支承连接在端侧(磁头固定部件122)的磁头124。由ZnO或PzT形成的压电薄膜沉积在桁条上。因而，当压电膜移动一小距离时，磁头能够移动。
在这种情况下，磁头驱动部件120没暴露在气承表面上，也就是说，磁头驱动部件120位于气承部件的上表面侧。磁头124的磁极124仅暴露于气承表面上一部分。在该部分，记录媒体(未示出)承受读写操作。
其次，说明移动磁头的驱动部件120。如前所述，压电元件124的薄膜沉积在用于支承磁头的桁条的元件固定部件122上。
图27(d)是驱动部件120的桁条的放大横截面图。参考标记161是在后继过程中要除去的牺牲层(Al)；162是碳膜；163是磁头线；164是防护屏；165是压电的下电极；166是用于压电薄膜的ZnO层；167是SiO2层；168是压电的上电极，以及169是上保护层(SiO2)。
如图所示，上电极168相对于中心分成两部分168a，168b。在下压电极165接地的情况下，当相位彼此相反的电压分别加在一个电极168a和另一电极168b上时，在桁条左右产生相位彼此相反的小位移。由于前述情况，磁头124在图27(b)的箭头方向上移动一小距离。
尽管在本实施例中用ZnO膜，但也能用PZT作压电薄膜166。ZnO膜的优点说明如下。
(1)通过溅射，可形成一定晶向的稳定膜。
(2)与PZT相比，可在低温下形成膜。对PZT来说，膜的退火温度是600℃，而对于ZnO，膜的退火温度不必高于200℃；
(3)所以，不像PZT，ZnO不必进行极化处理；以及
(4)ZnO膜已用于市售的SAW过滤器，因而其可靠性高。
ZnO膜的缺点说明如下。
(1)ZnO的压电常数低于PZT；以及
(2)ZnO易溶于酸或碱。
由于ZnO薄膜易溶于酸或碱，进行下面的处理。在蚀刻牺牲层(Al)161时，为避免ZnO薄膜溶解，如图27(d)所示，最好用电极材料165、168和SiO2167覆盖ZnO膜166。
图28表示使用压电材料的驱动部件的另一实施例。在本实施例中，压电薄膜166由电极165，168外侧被SiO2膜169覆盖。当压电薄膜上有小孔时，有可能击穿上、下电极165和168之间的电介质。因此，象图27(a)所示的实施例或这里讨论的实施例，最好在压电薄膜166的上或下表面以及电极165和168的里侧设置由SiO2制成的电介质击穿防止膜167，该膜薄于压电膜166。
由压电膜166形成的驱动部件的桁条宽度愈窄，位移增加愈大。而且，ZnO薄膜的厚度较小时，所供每一电压的电场强度增加，因而位移增加。然而，从避免电介质击穿的观点，供给电压的最大值可能是±50V。
像桁条宽度和膜厚度的尺寸与桁条的谐振频率相关。总之，当桁条较窄或膜厚较小时，谐振频率变低。从而，尺寸受上述位移和谐振频率限制。
作为在保持位移在最小值的同时保持浮动方向上桁条刚度的方法，可在桁条宽度的中心处设一棱柱体形支承。此实施例如图29所示。由于棱柱体形支承170仅设在桁条宽度的中心，虽然在浮动方向(图29的箭头Z方向)的刚度极大增加，也较小阻挡跟踪方向(图29中的箭头X方向)上的移动。
在图27至29所示驱动部件中，该驱动部件使用了压电膜，当相位相反的电压分别加在已分离的两上电极168a和168b上时，能够在跟踪方向(X)上移动磁头124一小段距离。另一方面，当相位相同的电压加在已分开的上电极168a和168b上时，可在浮动方向(Z)上移动磁头124一小段距离。
图30(a)和30(b)是已在跟踪方向(X)上移动一小段距离的磁头。图31(a)和31(b)是在浮动方向(Z)上移动磁头的运行原理图。在图31(a)和31(b)所示情况下，上层171膜厚度和下层172膜厚度不同，其中ZnO薄膜位于上层171和下层172之间。所以，中心轴不与包含压电膜的部件上的压电膜中心相碰，但中心轴向上移动。当上述结构中压电膜扩张或收缩时，桁条在Z方向上弯曲，可得到Z方向(装卸方向)的预定位移。即使上层171膜厚和下层172膜厚相同，当象图29所示安装棱柱体形支承时，仍可得到向上移动中心轴的效果。在实际的驱动操作中，最好能进行跟踪校正和装/卸间隙校正。应注意到，在图30(a)，30(b)，31(a)和31(b)中，为了方便说明，桁条位移被极大夸张了。
根据本发明，可简化磁头滑板结构和制造工艺。而且，能容易地把磁头元件装入跟踪机构或装卸机构。结果，得到了高性能和低成本的薄膜磁头滑板，提高了记录媒体密度。

Claims (32)

1.一种与记录媒体相对的薄膜磁头滑板，其组成为：置于基片表面上或基片上的牺牲层表面上的滑板主体，基片与滑板主体分开或牺牲层和基片与滑板主体分开；所述滑板主体包括固定部件和通过至少一个支承弹簧由所述固定部件支承的可移动部件，所述固定部件和所述可移动部件配合形成一跟踪机构，所述可移动部件能在几乎垂直于所述记录媒体移动方向的跟踪方向上移动；以及与记录媒体相对的薄膜磁头元件的至少一个相对磁极，位于跟踪机构的可动部件中。
2.如权利要求1的磁头滑板，其特征在于三个压力产生垫设在相对于记录媒体的滑板主体表面上，以及可移动部件置于三个压力产生垫形成的三角内。
3.如权利要求1的磁头滑板，其特征在于可移动部件由固定部件通过至少一个支承弹簧支承，磁头滑板还包括一个驱动力产生部件，在可移动部件和固定部件的相对表面之间加上电压时，在此相对表面间产生静电吸引力，该吸引力克服支承弹簧的弹性力相对于固定部件驱动可移动部件。
4.如权利要求3的磁头滑板，包括：有多个相互平行齿的固定部件；有多个齿的可移动部件，该齿与固定部件的齿平行；用于支承可移动部件的所述支承弹簧，以致于可移动部件能够相对于固定部件在齿宽度方向上移动；以及用于移动可移动部件到一位置的所述驱动力产生部件，在该位置处当在固定部件的齿和可移动部件的齿之间加电压时，在齿宽度方向产生的静电吸引力与支承弹簧的所述弹性力相平衡。
5.如权利要求4的磁头滑板，其特征在于固定部件的多个齿和可移动部件的多个齿以等间距分别排列，并且在不加电压时可移动部件的齿偏离固定部件各齿的中心。
6.如权利要求5的磁头滑板，其特征在于从可移动部件的齿到固定部件的两相邻齿的间隙比率分别约为1.2至10倍。
7.如权利要求4的磁头滑板，其特征在于所述固定部件包括相互平行的多个第一齿和平行于第一齿的多个第二齿，其中第一齿和第二齿相互绝缘；以及设于可移动部件中的所述多个齿平行置于固定部件的第一齿和第二齿之间，当在可移动部件和固定部件第一齿之间以及在可移动部件和固定部件第二齿之间加电压时，力产生在齿宽度方向上，它在两彼此相反方向的之一上产生，或在两相反方向同时产生并相互配合。
8.如权利要求7的磁头滑板，其特征在于可移动部件电接地。
9.如权利要求7的磁头滑板，其特征在于根据可移动部件将要移动的方向，在可移动部件和固定部件第一齿之间以及在可移动部件和固定部件第二齿之间选择地加电压。
10.如权利要求7的磁头滑板，其特征在于在可移动部件和固定部件第一齿之间以及在可移动部件和固定部件第二齿之间分别加最大电压1/2的偏移电压，以及在它们之间分别加相位彼此相反的电压。
11.如权利要求4的磁头滑板，其特征在于固定部件、可移动部件和支承弹簧由同一金属构成。
12.如权利要求11的磁头滑板，其特征在于固定部件、可移动部件和支承弹簧由充填相同金属在负片图形中形成。
13.如权利要求12的磁头滑板，其特征在于负片图形由感光树脂构成，电镀金属到感光树脂制成的负片图形中，从而得到固定部件，可移动部件和支承弹簧。
14.如权利要求11的磁头滑板，其特征在于固定部件、可移动部件和磁头悬臂由蚀刻均匀形成的金属膜形成。
15.如权利要求4的磁头滑板，其特征在于所述可移动部件包括多个相互平行的第一齿和多个平行于第一齿的第二齿，其中第一和第二齿彼此绝缘；所述固定部件包括多个齿，其中设在固定部件中的齿平行地排列在可移动部件的第一齿与第二齿之间，当在固定部件和可移动部件第一齿之间加电压以及在固定部件和可移动部件第二齿之间加电压时，力产生在齿宽度方向，它或产生在两彼此相反方向之一，或在两相反方向同时产生并相互配合。
16.如权利要求3的滑板，其特征在于沿支承弹簧装有薄膜磁头的导引线。
17.如权利要求3的磁头滑板，其特征在于薄膜磁头的导引线从支承弹簧中抽出。
18.如权利要求3的磁头滑板，其特征在于装有限制可移动部件移动的挡块，并且挡块的电位和可移动部件的电位相同，以防止可移动部件和固定部件之间电短路。
19.如权利要求3的磁头滑板，其特征在于薄膜磁头元件的至少一个记录媒体相对磁极暴露于滑板膜的记录媒体相对表面或在电极被保护层覆盖的条件下暴露，且在另一方面，驱动力产生部件不暴露在记录媒体相对表面上。
20.如权利要求1的磁头滑板，其特征在于用于相对于固定部件驱动可移动部件的驱动机构由压电元件组成。
21.如权利要求20的磁头滑板，其特征在于压电元件构成方式为：压电膜介入设在相对于记录媒体两边在悬浮方向的上、下电极层之间。
22.如权利要求21的磁头滑板，其特征在于压电膜和绝缘膜介于上、下电极层之间。
23.如权利要求21的磁头滑板，其特征在于分上、下电极层之一为两片，在所分成电极上加相位彼此相反的电压。
24.如权利要求20的磁头滑板，其特征在于压电元件由ZnO或PZT组成。
25.如权利要求21的磁头滑板，其特征在于置于上、下电极层之间的压电膜相对于上、下方向是非对称的。
26.如权利要求21的磁头滑板，其特征在于柱形支承位于压电元件背面上。
27.如权利要求26的磁头滑板，其特征在于柱形支承由金属制成。
28.如权利要求27的磁头滑板，其特征在于柱形支承由Cu或Ni制成。
29.如权利要求20的磁头滑板，其特征在于整个压电元件由绝缘材料覆盖。
30.一种与记录媒体相对的薄膜磁头滑板，它包括：设在基片表面上或基片上的牺牲层表面上的滑板主体，基片与滑板主体分离或者牺牲层和基片与滑板主体分离；所述滑板主体包括固定部件和通过至少一个支承弹簧由所述固定部件支承的可移动部件，所述可移动部件能在跟踪方向和装卸方向移动，跟踪方向基本上垂直于所述记录媒体的移动方向，在装卸方向滑板主体的可移动部件靠近和远离记录媒体以及与记录媒体相对的薄膜磁头元件的至少一个相对磁极，所述相对磁极设在所述滑板主体的所述可移动部件上。
31.如权利要求30的磁头滑板，其特征在于所述固定部件有多个相互平行的齿，所述可移动部件有多个齿，可移动部件的齿平行于固定部件的齿，所述支承弹簧支承可移动部件，使可移动部件相对于固定部件移动，所述支承弹簧也支承可移动部件，使可移动部件在基本上垂直于记录媒体表面的第二方向上移动，设有用于移动可移动部件到一位置的驱动力产生部件，在该位置处，当在固定部件的齿和可移动部件的齿之间加电压时，在齿宽度方向产生的静电吸引力与所述支承弹簧的弹性力相平衡，且在第二方向上可移动部件的至少一侧的固定部件中设一电极，以及当在电极和可移动部件之间加电压时，由于利用静电吸引力，可移动部件在第二方向上移动一小距离。
32.如权利要求30的磁头滑板，其特征在于装在所述可移动部件上的所述磁头元件暴露并与记录媒体的表面相对，包括除所述磁头元件外的部分所述可移动部件、所述固定部件和所述支承弹簧的致动器由所述滑板主体的盖部件覆盖，以防所述致动器暴露于记录媒体表面。
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